Giải Vật lí 10 Bài 2 (Cánh diều): Sự biến dạng

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 2: Sự biến dạng

Mở đầu

Mở đầu trang 113 Vật lí 10:

Trong một chiếc cầu treo như cầu Brooklyn (Brúc-klin), đường cong duyên dáng của dây cáp chính là nét căn bản để tạo nên sự hấp dẫn của nó. Những chiếc cầu này được nhìn nhận vừa như những công trình nghệ thuật vừa như những kì quan kĩ thuật. Nhờ có sự biến đổi hình dạng, tức là biến dạng mà những dây cáp dẻo dai của cầu chịu được những lực rất lớn tác dụng lên cầu.

Biến dạng được phân loại như thế nào?

Lời giải:

Có thể phân biệt biến dạng theo các cách khác nhau:

+ Biến dạng đàn hồi.

+ Biến dạng dẻo.

Ví dụ:

+ Dùng tay kéo dãn lò xo làm nó bị biến dạng, khi tay thôi kéo thì lò xo trở về hình dạng ban đầu, đó là biến dạng đàn hồi.

Dùng tay kéo dãn lò xo làm nó biến dạng

Thôi kéo, lò xo trở về trạng thái ban đầu

+ Khi dùng tay kéo mạnh làm lò xo biến dạng, thôi tác dụng lực thì lò xo không trở về trạng thái ban đầu thì đó là biến dạng dẻo.

Trong biến dạng đàn hồi có thể chia thành

+ Biến dạng nén

Ví dụ: Dùng hai tay nén lò xo lại, làm lò xo bị biến dạng, khi buông tay ra, lò xo trở về trạng thái ban đầu.

+ Biến dạng kéo

Ví dụ: Dùng hai tay kéo dãn một dây cao su như hình vẽ, khi buông tay, dây cao su trở về trạng thái ban đầu.

Ngoài ra còn có biến dạng lệch (hay biến dạng trượt), biến dạng xoắn, biến dạng uốn.

Ví dụ: Lực tác dụng về hai phía làm cho khớp nối bị biến dạng trượt (như hình vẽ).

Ví dụ: Dùng tay uốn cong một thước nhựa, buông tay ra nó lại trở về trạng thái ban đầu, đó là biến dạng uốn.

Ví dụ: Giữ cố định một đoạn dây đồng, đầu kia tác dụng lực làm dây bị biến dạng xoắn.

I. Biến dạng kéo và biến dạng nén

Câu hỏi 1 trang 114 Vật lí 10:

Thảo luận về kết quả (hình dạng, kích thước) của biến dạng kéo và biến dạng nén ở hình 2.3b và 2.3c.

Lời giải:

- Khi bị biến dạng nén, miếng cao su ngắn lại và bị phình ra ở phần giữa (tăng chiều rộng, giảm chiều dài).

- Khi bị biến dạng kéo, miếng cao su dài ra, phần giữa nhỏ lại (chiều rộng giảm đi, chiều dài tăng lên).

II. Định luật Hooke (Húc)

2. Thí nghiệm

Câu hỏi 2 trang 115 Vật lí 10:

Các kết quả trong bảng 2.1 gợi ý cho bạn mối liên hệ gì? Hãy phát biểu mối liên hệ đó.

Lời giải:

Độ giãn càng lớn khi lực tác dụng vào lò xo càng lớn. Do lực đàn hồi xuất hiện cân bằng với trọng lực nên ta có mối liên hệ: lực đàn hồi và độ giãn của lò xo tỉ lệ thuận với nhau.

3. Định luật Hooke

Luyện tập

Luyện tập 1 trang 115 Vật lí 10:

Dưới tác dụng của một lực kéo 2,5 N một lò xo dài thêm 25 mm. Độ cứng của lò xo là bao nhiêu?

Lời giải:

Đổi 25 mm = 0,025 m

Áp dụng định luật Hooke $k=\frac{F}{\Delta l}=\frac{2,5}{0,025}=100$ (N/m)

4. Ứng dụng định luật Hooke

Luyện tập 2 trang 116 Vật lí 10:

Bảng dưới đây là số liệu của một thí nghiệm về độ giãn lò xo:

a) Độ dài tự nhiên của lò xo là bao nhiêu?

b) Hoàn thành bảng số liệu.

c) Vẽ đồ thị để biểu diễn mối quan hệ của trọng lượng của vật và độ giãn của lò xo.

d) Đánh dấu điểm giới hạn đàn hồi trên đồ thị.

e) Vùng nào trên đồ thị là vùng mà độ giãn tỉ lệ với trọng lượng?

f) Trọng lượng là bao nhiêu để độ giãn lò xo là 15 mm?

g) Trọng lượng là bao nhiêu để lò xo khi giãn ra có độ dài 125 mm?

Lời giải:

a) Độ dài tự nhiên của lò xo là 100 mm.

b) Hoàn thành bảng số liệu

c) Vẽ đồ thị để biểu diễn mối quan hệ của trọng lượng của vật và độ giãn của lò xo

d) Đánh dấu điểm giới hạn đàn hồi

e) Vùng mà độ giãn tỉ lệ với trọng lượng được đánh dấu trên đồ thị (khi F từ 0 – 4 N)

f)

Căn cứ vào đồ thị, ta thấy khi độ giãn của lò xo là 15 mm thì độ lớn trọng lực tác dụng lên lò xo là 1,5 N.

g) Khi lò xo có độ dài 125 mm, thì lò xo đã giãn 25 mm, từ đồ thị ta xác định được trọng lượng của vật là 2,5 N

Vận dụng trang 117 Vật lí 10:

Đồ thị hình 2.9 biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng vào đầu dưới lò xo và độ giãn của nó (như thí nghiệm trên hình 2.5) với bốn lò xo A, B, C, D.

a) Lò xo nào có độ cứng lớn nhất?

b) Lò xo nào có độ cứng nhỏ nhất?

c) Lò xo nào không tuân theo định luật Hooke?

Lời giải:

a) Ta có công thức tính độ cứng của lò xo $k=\frac{F}{\Delta l}$

Với cùng một lực F thì lò xo nào cứng hơn thì độ dãn nhỏ hơn.

Từ đồ thị ta thấy cùng một lực F thì ∆l₁ < ∆l₃ < ∆l₃ < ∆l₄, vậy k₁ > k₂ > k₃ > k₄

Vậy: lò xo D có độ cứng lớn nhất

b) Lò xo A có độ cứng nhỏ nhất.

c) Lò xo D và B tuân theo định luật Húc, lò xo A và C không tuân theo định luật Hooke.

Lý thuyết Sự biến dạng

I. Biến dạng kéo và biến dạng nén.

- Nếu bóp một quả bóng cao su, nó sẽ bị biến dạng, tức là không còn giữ nguyên hình dạng ban đầu nữa.

- Một thanh cao su ở trạng thái bình thường. Làm thanh cao su đó ngắn đi. Biến dạng đó là biến dạng nén.

- Kéo để thanh cao su dài thêm. Biến dạng như vậy là biến dạng kéo.

II. Định luật Hooke ( Húc)

1. Đặc tính của lò xo.

+ Lực đàn hồi: Khi ta kéo hoặc nén một lò xo, tức làm lò xo biến dạng, lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và chống lại lực gây ra sự kéo hoặc nén này. Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của lực gây biến dạng lò xo.

+ Độ giãn: Khi cân bằng lò xo có độ dài xác định. Dưới tác dụng của trọng lượng vật treo, lò xo bị kéo giãn xuống dưới và bị dài thêm ra. Độ dài thêm ra này gọi là độ giãn của lò xo

+ Giới hạn đàn hồi: Khi tăng trọng lượng của vật treo vượt quá một giá trị nào đó thì khi bỏ vật treo ra, lò xo không trở lại chiều dài ban đầu nữa.

2. Thí nghiệm.

- Khảo sát độ giãn của lò xo bằng thí nghiệm.

3. Định luật Hooke.

- Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

$F=k.\left|\Delta l\right|$

- Hệ số tỉ lệ k được gọi là độ cứng của lò xo. Đơn vị đo của độ cứng là niutơn trên mét, kí hiệu N/m.

- Lò xo nào càng cứng thì càng ít biến dạng.

4. Ứng dụng định luật Hooke.

- Cân đồng hồ (hay còn gọi là cân đồng hồ lò xo).

- Cân đồng hồ hoạt động dựa trên sự biến dạng của lò xo, tạo trạng thái cân bằng khi lò xo chịu tác dụng lực nén hoặc kéo.

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Bài 2: Động lượng và năng lượng trong va chạm

Bài tập chủ đề 4

Bài 1: Chuyển động tròn

Bài tập chủ đề 5

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 2: Sự biến dạng

Trắc nghiệm Bài 2: Sự biến dạng